第二章毫米波固態(tài)源

第二章毫米波固態(tài)源第1頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

§2.1固態(tài)振蕩器的一般理論振蕩器換能器：DC→AC放大器：G→∞非線性電路負(fù)阻振蕩的基本原理直流靜態(tài)電阻永遠(yuǎn)為非負(fù)值R=V/I≥0負(fù)阻是就動(dòng)態(tài)電阻而言的，即器件V-A特性曲線上某處的斜率r=dv/di<0第2頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

振蕩的三種條件只考慮穩(wěn)態(tài)振蕩時(shí)器件中的電流基波分量i(t)=Acos(ωt+φ)設(shè)器件的微分阻抗和電路阻抗分別為Zd(A)=-Rd(A)+jXd(A)Zc(ω)=Rc(ω)+jXc(ω)則起振條件Rd(A)>Rc(ω)平衡條件Zd(A)+Zc(ω)=0穩(wěn)定條件第3頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月振蕩器噪聲分析注入鎖定第4頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

§2.2IMPATT振蕩器

1958年Read提出模型

1965年Johnston首次從工作在雪崩區(qū)的p+n二極管中觀察到了微波振蕩

單雙漂結(jié)構(gòu)對(duì)比單漂區(qū)（SDR） 雙漂區(qū)（DDR） 結(jié)構(gòu) p+-n-n+

p+-p-n-n+

漂移區(qū)數(shù)量 1

2

結(jié)面積 較小 較大 輸出功率 較小 較大 工藝復(fù)雜性和成本 較低 較高 第5頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

§2.3Gunn振蕩器1963年Gunn發(fā)現(xiàn)在外加電場(chǎng)作用下半導(dǎo)體能級(jí)間電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生負(fù)阻效應(yīng)RWH（Radley,Watkins,Hilsum）雙谷理論模型1964年Kromer證明了二者是同一種效應(yīng)第6頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

Gunn與IMPATT對(duì)比與IMPATT對(duì)比，Gunn器件不是結(jié)效應(yīng)器件，而是體效應(yīng)器件，也稱(chēng)電子轉(zhuǎn)移器件優(yōu)點(diǎn)：噪聲低，適合作低噪聲本振缺點(diǎn)：輸出功率較低第7頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

§6.1鰭線振蕩器鰭線振蕩器=鰭線諧振器+有源器件鰭線諧振器用一段帶有偏置電路和適當(dāng)調(diào)諧電路的鰭線制作有源器件可以是Gunn、IMPATT等二端器件，也可以是FET、HEMTFET等三端器件簡(jiǎn)單的鰭線振蕩器鰭線壓控振蕩器平面柱鰭線振蕩器周期柵鰭線振蕩器單柵鰭線振蕩器鰭線FET振蕩器第8頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月并聯(lián)雙管合成振蕩器P=P1+P2理論合成效率可達(dá)100%串聯(lián)雙管合成振蕩器P=2(P1+P2)理論合成效率可達(dá)200%這是因?yàn)榇?lián)可使Gunn管比單個(gè)時(shí)有更大的負(fù)阻，也更容易與阻抗較高的傳輸線匹配關(guān)鍵：等幅同相合成第9頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鰭線串聯(lián)雙管合成振蕩器Gunn二極管和串聯(lián)雙管合成振蕩器的等效電路鰭線串聯(lián)雙Gunn管合成振蕩器的輸出功率鰭線串聯(lián)雙Gunn管合成振蕩器的輸出功率穩(wěn)定度和頻率穩(wěn)定度第10頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2.5二端器件倍頻源倍頻器將交流能量轉(zhuǎn)換為其諧波頻率的交流能量，與振蕩器將直流能量轉(zhuǎn)換為交流能量不同。倍頻器與其說(shuō)是信號(hào)源，不如說(shuō)是頻率變換電路。第11頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月倍頻器分類(lèi)按功能：信號(hào)倍頻功率倍頻按器件：二端電抗性二極管變?nèi)荻O管階躍二極管電阻性二極管三端變?nèi)荻O管的非線性特性結(jié)電容結(jié)電容變化系數(shù)γ=1/3緩變結(jié)γ=1/2突變結(jié)γ>1超突變結(jié)第12頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二極管倍頻電路基本形式并聯(lián)型（電流激勵(lì)型）特點(diǎn)：二極管上只有f1和Nf1頻率的電流優(yōu)點(diǎn)：二極管可接地，利于散熱，適合大功率倍頻缺點(diǎn)：二極管與輸入輸出回路均為并聯(lián)，使得輸入輸出阻抗都較低串聯(lián)型（電壓激勵(lì)型）特點(diǎn)：二極管上只有f1和Nf1頻率的電壓優(yōu)點(diǎn)：輸入輸出阻抗較高，且隨諧波次數(shù)N的增加，效率下降程度比并聯(lián)型小，對(duì)N>3的場(chǎng)合較適合缺點(diǎn)：散熱不如并聯(lián)型第13頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月倍頻附加電路空閑回路匹配電路偏置電路W頻段高功率二倍頻電路二倍頻器平衡倍頻器反向并聯(lián)二極管對(duì)Q-W頻段鰭線平衡倍頻電路900GHz平衡三倍頻器三端器件振蕩器和倍頻器FET二倍頻器（微帶結(jié)構(gòu)）第14頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§6.3混頻器二端器件混頻器單二極管混頻器（單端混頻器）反向并聯(lián)二極管對(duì)偶次諧波混頻器二極管平衡混頻器二極管雙平衡混頻器三端器件混頻器第15頁(yè)，課件共17頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月低噪聲放大器單級(jí)、雙級(jí)單片低噪聲放大器寬帶放大器類(lèi)型平衡式